機械工程材料5-2

1、5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變 （一）珠光體轉(zhuǎn)變(A1550)A（ ）P（ +Fe3C）(P為為片層相間平行排列的機械混合物片層相間平行排列的機械混合物)全擴散型轉(zhuǎn)變?nèi)珨U散型轉(zhuǎn)變通過通過Fe、C原子的擴散和原子的擴散和A晶格的改組來實現(xiàn)。晶格的改組來實現(xiàn)。共析鋼室溫組織共析鋼室溫組織5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度溫度/A相變相變層片間距層片間距HRC性能性能A1650AP（珠光體）（珠光體）0.60.8m，500分清分清1020隨片間隨片間距減距減小，強度、小，強度、塑、韌性升塑、韌性升高高650600AS（索氏體）（索氏體）0.25m，1000分清分清20

2、30600550AT（屈氏體）（屈氏體）0.1m,5000分分清清30401.珠光體轉(zhuǎn)變的組織及性能珠光體轉(zhuǎn)變的組織及性能 6-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變2. 珠光體的轉(zhuǎn)變過程珠光體的轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變過程示意圖珠光體轉(zhuǎn)變過程示意圖AFe3CAFe3C Fe3C AP珠光體團珠光體團：片狀珠光體的片層位向大致相同的區(qū)域。：片狀珠光體的片層位向大致相同的區(qū)域。在在一個奧氏體晶粒內(nèi)一個奧氏體晶粒內(nèi)可形成可形成幾個不同位向的珠光體團幾個不同位向的珠光體團。5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變AB( +Fe3C)，其中，其中 相相具有一定的碳過飽和度。具有一定的碳過飽和度。過

3、冷過冷AB上上(550350)，羽毛狀，羽毛狀半擴散型轉(zhuǎn)變半擴散型轉(zhuǎn)變碳原子擴散，鐵原子不擴散。碳原子擴散，鐵原子不擴散。Fe3C以較粗大桿狀或片狀分布在較寬的以較粗大桿狀或片狀分布在較寬的F片之間，易發(fā)生脆斷片之間，易發(fā)生脆斷。硬度硬度HRC4045，工業(yè)上不應(yīng)用。，工業(yè)上不應(yīng)用。（）上貝氏體（）上貝氏體（二）貝氏體轉(zhuǎn)變（二）貝氏體轉(zhuǎn)變( 550230 ) 1. 貝氏體的組織和性能貝氏體的組織和性能5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變過冷過冷AB下下（350230），黑色針狀），黑色針狀（2） 下貝氏體下貝氏體Fe3C細小，均勻分布在細小，均勻分布在過飽和過飽和F針內(nèi)，強韌性高，針

4、內(nèi)，強韌性高，硬度硬度5060HRC，是工，是工業(yè)生產(chǎn)上追求的組織。業(yè)生產(chǎn)上追求的組織。可采用可采用等溫淬火等溫淬火得到。得到。5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變B上轉(zhuǎn)變過程示意圖上轉(zhuǎn)變過程示意圖 A晶界晶界 Fe3C Fe3C上上B2. 貝氏體的轉(zhuǎn)變過程貝氏體的轉(zhuǎn)變過程5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過程示意圖轉(zhuǎn)變過程示意圖 碳化物碳化物 碳化物碳化物 碳化物碳化物下下B5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體馬氏體：C在在Fe中的中的過飽和固溶體，用過飽和固溶體，用M表示。表示。無擴散型轉(zhuǎn)變無擴散型轉(zhuǎn)變僅發(fā)生僅發(fā)生Fe的晶格改組的晶格改組（面心立方

5、（面心立方體心正方）體心正方） （三）馬氏體轉(zhuǎn)變（低于（三）馬氏體轉(zhuǎn)變（低于Ms點點) 馬氏體的馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)體心正方體心正方用用ca的比值反映的比值反映馬氏體的正方度馬氏體的正方度 5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體馬氏體形態(tài)取決于形態(tài)取決于A中的含碳量。中的含碳量。2.馬氏體馬氏體組織形態(tài)組織形態(tài)板條板條M（低碳（低碳M）與）與片狀片狀M（高碳（高碳M）。）。WC 1.0%：片狀：片狀M0.2WC1.0：板條板條M片狀片狀MWC2.5%）外，所有）外，所有溶入奧氏體的合金元素溶入奧氏體的合金元素均會使均會使C曲線右移。曲線右移。M

6、sA1tTMe向右移向右移碳化物形成元素如碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V使使AP、AB分離。分離。110 102200400600800溫度溫度/時間時間/s0.5C2.2Cr103104105110 102200400600800溫度溫度/時間時間/s0.5C4.2Cr1031041055-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變加熱溫度越高、保溫時間越長，加熱溫度越高、保溫時間越長，碳化物溶解充碳化物溶解充分分,奧氏體成分越均勻奧氏體成分越均勻,提高了過冷奧氏體的提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性，從而使從而使C曲線右移。曲線右移。（三）、（三）、 奧氏體化條件的影響奧氏體化條件的影響

7、5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變五、等溫轉(zhuǎn)變圖的意義和應(yīng)用五、等溫轉(zhuǎn)變圖的意義和應(yīng)用（一）、等溫轉(zhuǎn)變圖的意義（一）、等溫轉(zhuǎn)變圖的意義 等溫轉(zhuǎn)變圖表示了過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變速率與等溫等溫轉(zhuǎn)變圖表示了過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變速率與等溫溫度和等溫時間的關(guān)系。溫度和等溫時間的關(guān)系。（二）、等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用（二）、等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用冷卻方式冷卻方式顯微組織顯微組織冷速冷速工藝名稱工藝名稱爐冷爐冷PV1退火退火空冷空冷SV2正火正火油冷油冷T+M+AV3淬火淬火水冷水冷M+AV4淬火淬火1. 判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變所得到的組織判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變所得到的組織5-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏

8、體在冷卻時的轉(zhuǎn)變2. 2. 馬氏體淬火臨界冷卻速度馬氏體淬火臨界冷卻速度實際淬火臨界冷卻速度實際淬火臨界冷卻速度:vk獲得完全獲得完全M組織的最小冷卻速度或與轉(zhuǎn)變開組織的最小冷卻速度或與轉(zhuǎn)變開始線相切的冷卻速度始線相切的冷卻速度tmC曲線鼻尖處溫度曲線鼻尖處溫度mC曲線鼻尖處時間曲線鼻尖處時間淬火臨界冷卻速度淬火臨界冷卻速度:mmktv1Ammktv5 . 1A15-2奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變3.確定工藝參數(shù)4. 確定冷處理工藝的溫度例如：例如：分級淬火分級淬火和分級淬火和分級淬火等溫退火等溫退火t012等溫退火等溫退火等溫淬火等溫淬火t034、等溫淬火、等溫淬火5-2奧氏體在

9、冷卻時的轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變CCT和和TTT曲線的比較：曲線的比較：CCT位于位于TTT曲線曲線右下方；右下方；CCT中沒有中沒有AB轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。Ps過冷過冷AP開始線開始線Pf過冷過冷AP終了線終了線KKP型轉(zhuǎn)變中止線型轉(zhuǎn)變中止線Vk上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度Vk下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度MS過冷過冷AM開始溫度開始溫度MfAM終止溫度終止溫度六、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT)簡介5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火一、鋼的退火一、鋼的退火二、鋼的正火二、鋼的正火三、退火與正火的選用原則三、退火與正火的選用原則四、退火、正火在零件制造工藝路線中的位置四、退火、正火在零件制造工藝路線

10、中的位置5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火 將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩冷將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩冷( (如爐冷如爐冷) )的熱處理工的熱處理工藝藝 近似平衡組織近似平衡組織 P P（ + F + F 或或FeFe3 3C CIIII ）（一）完全退火（退火）（退火）亞共析鋼亞共析鋼T加加Ac33050組織：組織：P+F目的：目的：細化、均勻化粗大、不均勻原始組織；細化、均勻化粗大、不均勻原始組織；降低硬度降低硬度切削性切削性消除內(nèi)應(yīng)力。消除內(nèi)應(yīng)力。一、鋼的退火一、鋼的退火5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火亞共析鋼亞共析鋼T加加Ac

11、3+3050；過共析鋼過共析鋼T加加Ac1+3050。保溫后快冷到保溫后快冷到Ar1以下珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)某一溫度等溫，使以下珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)某一溫度等溫，使AP后空冷。后空冷。（二） 等溫退火 目的：目的：同完全退火。同完全退火。特點：特點：與退火相比可大大縮短時間、提高生與退火相比可大大縮短時間、提高生產(chǎn)率；組織均勻，退火工件的加工工產(chǎn)率；組織均勻，退火工件的加工工藝性能好。藝性能好。5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火加熱溫度略高于加熱溫度略高于Ac1溫度（溫度（Ac12030）保溫，爐冷到）保溫，爐冷到Ar1以下等溫以下等溫一段時間或以非常緩慢的速度冷卻。一段時間或以非常緩慢的速度冷卻。組織：組織

12、：球狀球狀P（ +粒狀粒狀Fe3C） 目的：目的：使使Fe3C球化球化硬度硬度，韌性，韌性切削性切削性為淬火作組織準備為淬火作組織準備應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：高碳鋼、合金工具鋼高碳鋼、合金工具鋼（三）（三） 球化退火球化退火 （不完全退火）（不完全退火）5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火球化退火顯微組織球化退火顯微組織5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火（四）擴散退火目的：目的：消除偏析，使成分、組織均勻化。消除偏析，使成分、組織均勻化。適于鋼種：適于鋼種：合金鋼、鑄件、焊接件及鍛坯。合金鋼、鑄件、焊接件及鍛坯。組織：組織：P+F或或P+Fe3CII將金屬鑄錠、鑄件或鍛坯，在略低于固相線的溫度將金屬

13、鑄錠、鑄件或鍛坯，在略低于固相線的溫度（1050-1150）長時間加熱，以消除或減少晶內(nèi)偏析（枝晶偏析），達長時間加熱，以消除或減少晶內(nèi)偏析（枝晶偏析），達到均勻化的目的，這種熱處理工藝稱為到均勻化的目的，這種熱處理工藝稱為擴散退火擴散退火（亦稱為（亦稱為均勻化均勻化退火退火）。）。 5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火加熱溫度加熱溫度 AcAc1 1 ，一般為，一般為 500500650650。目的：目的：消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力，消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定尺寸，減少變形。以穩(wěn)定尺寸，減少變形。（五）（五） 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： 鑄造或焊接的機床床身、導(dǎo)軌；鑄造或焊接的機

14、床床身、導(dǎo)軌； 機加工成型的螺旋被動錐齒輪。機加工成型的螺旋被動錐齒輪。將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以下保溫，然后緩慢冷卻將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以下保溫，然后緩慢冷卻（如爐冷）到（如爐冷）到200200300300出爐空冷的熱處理工藝稱為出爐空冷的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退去應(yīng)力退火火。 5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火加熱溫度：加熱溫度：T再再+100200，一般在一般在650700之間之間目的：目的：消除加工硬化消除加工硬化（六）（六） 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火應(yīng)用應(yīng)用：冷沖杯、桶形件、冷拔棒、冷軋板等。冷沖杯、桶形件、冷拔棒、冷軋板等。將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)

15、的時間，使將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r間，使變形晶粒重新形核，轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣毿〉牡容S晶粒，同時消除加變形晶粒重新形核，轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣毿〉牡容S晶粒，同時消除加工硬化的熱處理工藝稱為工硬化的熱處理工藝稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火二、鋼的正火二、鋼的正火將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3（或（或Accm）以上）以上3050，保溫一定時間，然后空冷（風(fēng)，保溫一定時間，然后空冷（風(fēng)冷、噴霧）的熱處理工藝。冷、噴霧）的熱處理工藝。組織：組織：S（+F少少或或Fe3CII少少）應(yīng)用：應(yīng)用：（一） 作為預(yù)先熱處理的正火工藝1. 1. 改善低碳鋼切削加工性能。改善低碳鋼切

16、削加工性能。5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火2. 2. 消除中碳鋼熱加工缺陷消除中碳鋼熱加工缺陷消除魏氏組織、粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。消除魏氏組織、粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。高碳鋼中的高碳鋼中的W中碳鋼中的中碳鋼中的W低碳鋼中的帶狀組織低碳鋼中的帶狀組織5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火3. 3. 消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物高高碳碳鋼鋼退退火火組組織織Fe3CII5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火(二) 作為最終熱處理的正火工藝 提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能2. 2. 避免淬火時的變形和開裂避免淬火時的變形和開裂( (但不能充分發(fā)揮材料的性能潛力但不能充分發(fā)揮材料的性能潛力) )。5-3鋼的退火與正火鋼的退火與正火（一）（一）從切削加工性上考慮從切削加工性上考慮低、中碳鋼低、中碳鋼正火正火中高碳鋼、合金工具鋼中高碳鋼、合金工具鋼完全退火（完全退火（0.50.75C），），球化退火（球化退火（0.75C）金屬最佳切削硬度金屬最佳切削硬度